CN103016336B - 一种基于行星摆线转子泵的永磁同步电动计量泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于摆线转子泵的永磁同步电动计量泵，将驱动控制器、电机和泵体集成在一起，能够利用燃油对电机定子进行冷却，降低电动泵体积和质量。电机壳体、进油口壳体和泵后端壳体组成电机安装腔，内设套管，电机转子组件和电机定子绕组分别安装于套管内外，电机转子组件与套管内壁具有间隙；出油口壳体、行星摆线转子泵和泵后端壳体依次固连；行星摆线转子泵的中心传动轮通过键连接方式与电机转子组件中转动轴同轴连接；泵后段壳体中设有连通行星摆线转子泵的吸油窗口与套管内部空间的燃油进泵通道；出油口接头安装在出油口壳体上，进油口接头安装在进油口壳体上，且通过进油口壳体上的过孔与套管内部连通；进油口壳体外连接驱动控制器。

Description

一种基于行星摆线转子泵的永磁同步电动计量泵

技术领域

本发明涉及电动泵设计技术领域，具体涉及一种基于行星摆线转子泵的永磁同步电动计量泵。

背景技术

目前国内航空领域仍存在较多的机械传动油泵。近年来，随着电子器件及控制理论的迅速发展，永磁直流无刷电机以其高效性、良好的调速性、易于维护性而得到了广泛的应用。液压调节***为了节能，去掉了复杂的传动附件，用电动泵取代机械溢流阀式供油与调节装置已引起业界的重视。在MG30微型燃气轮机发电站液压控制***中，由于受安装空间、工作条件及装备质量的限制，需要设计满足其特殊要求的小体积、高可靠性、长寿命的电动泵作为供油和调节装置，难度很大。

传统的电动泵一体化设计指电动机与泵头的一体化，如图1所示，传统的一体化电动泵将电动机的转子组件107通过四方联轴器与泵头的主动齿轮103联为一体实现动力传输。转子转轴通过滚珠轴承109实现转子转轴与电机端盖108之间的转动连接和润滑。

传统电动泵一体化设计的缺陷：

1、传统的一体化设计是将电动机与泵头的一体化，且二者通过联轴器联为一体，这种连接方式导致体积大、质量大。

2、传统的一体化设计未能实现用燃油冷却电机的功能导致散热效果不够理想，影响寿命；如果采用风冷方式，受外界条件限制较大，且需要增加外部设备，导致电动泵体积增加。

3、未能实现驱动控制器的结构一体化，带来控制器如何安装固定、如何与电机接线等问题，***集成性不够高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于行星摆线转子泵的永磁同步电动计量泵，能够进行燃油冷却，降低电动泵体积和质量。一体化设计使得产品体积小、结构紧凑，提升了集成度和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明具体方法如下：

一种基于摆线转子泵的永磁同步电动计量泵，包括：驱动控制器、进油口接头、泵本体组件和出油口接头；泵本体组件包括进油口壳体、垫片、霍尔板、电机壳体、电机定子绕组、套管、电机转子组件、泵后端壳体、泵头组件、出油口壳体和泄压阀；

电机壳体两端开口分别连接进油口壳体和泵后端壳体，形成电机安装腔；套管置于电机安装腔中，将电机安装腔分为内外相互密封隔离的两部分；电机转子组件同轴安装于套管内部，电机转子组件与套管内壁具有间隙，形成燃油通路；电机定子绕组和霍尔板固定安装在套管与电机壳体之间，所述霍尔板位于电机定子绕组靠近进油口壳体的一侧；霍尔板上设有霍尔元器件；

出油口壳体、泵头组件和泵后端壳体按顺序依次固连在一起；所述泵头组件采用行星摆线转子泵，其中心传动轮通过键连接方式与电机转子组件中转动轴同轴连接；泵后端壳体中设有连通行星摆线转子泵的吸油窗口与套管内部空间的燃油进泵通道；

出油口壳体中设有出油通道，在出油通道中安装泄压阀，出油通道一端连通行星摆线转子泵的压油窗口，另一端安装出油口接头；

进油口接头安装在进油口壳体外表面，且通过进油口壳体上的进油通道与套管内部空间连通；进油口壳体外端面连接驱动控制器，电机定子绕组和霍尔板的信号线均通过进油口壳体上的过孔与驱动控制器相连。

优选地，所述行星摆线转子泵采用行星滚柱摆线转子泵，由偏心盘从动轮、中心传动轮和滚柱组成；偏心盘为静止件，其内表面是偏心设计的圆柱面，圆柱面内可转动的安装从动轮；从动轮偏心地安装在由滚柱和中心传动轮组成的部件上；中心传动轮上开有凹槽，滚柱装在凹槽内并可在其中滚动；滚柱可在从动轮内表面上滚动。

优选地，所述转动轴的端面与进油口壳体之间设有垫片。

优选地，所述霍尔板为环形，与套筒同轴安装。

优选地，所述驱动控制器中包括相互连接的驱动控制板和针状散热器。

有益效果：

1、本发明的电动机与泵头采用同轴设计，通过键连接，避免使用联轴器，传动效率可到95％以上，而且有利于电动泵体积和质量的减小。

2、本发明采用套管将定子组件和转子组件隔开，且转子组件与套管之间形成气隙，燃油由进油口经电机气隙进入油泵的进油盘，这种方式可以实现采用燃油对电机部件的散热，而且燃油不会浸泡定子绕组。燃油散热的加入增强了产品的散热性能，使得产品可连续工作，预期累计工作寿命达到4000小时以上。由于无需增加外部散热设备，因此可以减小电动泵体积。

3、本发明将电机、油泵和驱动控制器有机组成一体，一体化设计使得产品体积小、结构紧凑，提升了集成度和可靠性。

4、本发明电机转子组件采用滑动轴承设计，从进油口流入的油液一路由进油口壳体的过孔流入到转子转动轴与垫片的间隙，形成油膜起到润滑作用。通过腔内油膜润滑，取消了轴承。该设计可以提高产品的可靠性，减小体积和重量。

5、本发明采用行星滚柱摆线转子泵，其容积效率高、脉动小、可调性好等特点使得流量的调节变得容易，同时增强了发动机工作的稳定性。

在该型产品基础上可衍生出一系列产品，应用于诸多型号发动机的供油***；同时该产品的核心技术，可应用于诸多类似产品。

附图说明

图1为传统的一体化动力泵的结构示意图。

A-四方联轴器、101-泵上端盖、102-补偿装置、103-主动齿轮、104-从动齿轮、105-泵下端盖、106-定子组件、107-转子组件、108-电机端盖、109-滚珠轴承。

图2为本发明电动计量泵的结构示意图。

100-针状散热器、200-驱动控制板、300-进油口接头、400-泵本体组件、500-出油口接头。

图3为本发明电动计量泵的剖视图。

1-进油口壳体，2-垫片，3-霍尔板，4-电机壳体，5-电机定子绕组，6-套管，7-磁钢，8-筒轴，9-转动轴，10-间隙(燃油通路)，11-泵后端壳体，12-泵头组件。

图4为本发明泵头组件的结构示意图。

121-偏心盘，122-从动轮，123-中心传动轮，124滚柱。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明提供了一种基于行星摆线转子泵的永磁同步电动计量泵，如图2所示，其主要由针状散热器100、驱动控制板200、进油口接头300、泵本体组件400和出油口接头500组成。

如图3所示，泵本体组件400包括进油口壳体1、垫片2、霍尔板3、电机壳体4、电机定子绕组5、套管6、电机转子组件(磁钢7、筒轴8和转动轴9)、泵后端壳体11、泵头组件12、出油口壳体13和泄压阀14。

电机壳体4为圆筒形，其两端分别连接进油口壳体1和泵后端壳体11，形成电机安装腔。电机安装腔内部安装电机转子和定子组件等。

在电机安装腔内部安装套管6，从而将电机安装腔分为内外相互密封隔离的两部分；如图所示，进油口壳体1和泵后端壳体11的相对面上分别开有一个环形凹槽，套管6的两端卡装在所述环形凹槽中，使得套管6内部的燃油不能渗出到管套外部。电机转子组件7、8、9安装在套管6内部，电机转子组件中转动轴9的一端可转动的装配于进油口壳体1中心沉孔，且转动轴9端面与进油口壳体1之间设有垫片2，用于防止二者之间的摩擦。转动轴9的另一端可转动的装配于泵后端壳体11中心的开口，且端部伸出形成转子泵连接部。电机转子组件中的磁钢7与套管6内壁具有间隙，形成燃油通路。为了防止电机的效率过低，该间隙宽度不超过2mm，且为了防止燃油流动能力变差，该间隙宽度不能小于0.3mm。

电机定子绕组5固定安装在套管6与电机壳体4之间，一般是固定在电机壳体4内表面。霍尔板3也安装在套管6与电机壳体4之间，为了便于线路连接，霍尔板3固定安装在电机定子绕组5靠近进油口壳体1的一侧，且与电机定子绕组5保持一定距离。霍尔板3上设有霍尔元器件。

泵头组件12可以采用行星摆线转子泵。行星摆线转子泵是一种容积泵，转速与流量呈线性关系，可调性好。本实施例中采用行星滚柱摆线转子泵，与一般行星摆线转子泵的区别在于中心传动与从动轮之间采用滚柱接触，而且从动轮内部摆线也有所改变。

如图4所示，行星滚柱摆线转子泵由偏心盘121、从动轮122、中心传动轮123和滚柱124组成。偏心盘121为静止件，外圈设有螺孔，其内表面是偏心设计的圆柱面，圆柱面内可转动的安装从动轮122。偏心盘121与从动轮偏心地安装在由滚柱124和中心传动轮123组成的部件上。中心传动轮上开有凹槽，滚柱124装在凹槽内并可在其中滚动；从动轮内表面为摆线，滚柱124可在其上滚动，为了方便滚柱滚动，将摆线的底部加工为弧形。中心传动轮123中心孔用于安装转动轴，当转动轴旋转时，带动中心传动轮旋转，中心传动轮带动滚柱在从动轮中相对旋转。

在从动轮内表面、滚柱外圆柱面、中心传动轮外圆柱面及两侧壳体之间就形成了若干的工作腔。当中心传动轮按图示方向顺时针旋转时，随着滚柱的滚动，图中下半部分密封工作腔的容积逐渐变大，产生局部真空，油箱中的油液在大气压的作用下，由泵的吸油口经泵后端壳体的吸油窗口进入这些密封腔，把油吸入。这就是吸油过程。与此同时，上半部分密封工作腔的容积逐渐减小，腔内油液经出油口壳体的压油窗口压出泵外。这就是压油过程。泵工作过程中，一个滚柱与从动轮每相对转过一周时，出现一个工作循环，完成吸排各一次。对于具有7个滚柱的泵，每转一转将出现7个相同的工作循环，这样便达到了连续输油的作用。

本发明的行星滚柱摆线转子泵属于容积式泵，转速与流量呈线性关系，可调性好，而且其结构简单，加工难度小。本发明设计7个滚柱，旋转过程中带来的流量脉动较小。

本发明在行星摆线转子泵中增加了滚柱，利用滚珠可在有摩擦时旋转的特点,可有效降低转动件卡塞的几率。

通过螺栓将出油口壳体13、泵头组件12和泵后端壳体11按顺序依次固连在一起；所述转子泵连接部通过键连接方式与中心传动轮123同轴连接；泵后端壳体11中设有连通行星滚柱摆线转子泵的吸油窗口与套管6内部空间的燃油进泵通道。

出油口壳体13中设有出油通道，在出油通道中安装泄压阀14，泄压阀装置通过弹簧预紧力调节开启压力，达到泄压作用，防止转子泵因泵后压力异常升高而导致破坏。出油通道一端连通行星滚柱摆线转子泵的压油窗口，另一端端口安装出油口接头500。

进油口接头300安装在进油口壳体1外表面，且通过进油口壳体上的进油通道与套管6内部空间连通。进油口壳体1外端面连接驱动控制器，驱动控制器包括连接在一起的驱动控制板200和针状散热器100。电机定子绕组5和霍尔板3的信号线均通过进油口壳体1上的过孔与驱动控制板相连。

在该产品中电机是动力源，为燃油泵提供动力，驱动控制器接收上位机的指令后控制电机转速，实现燃油的输送和计量的功能。

产品工作时，驱动控制器接收上位机的转速指令，通过霍尔传感器获取电机位置信号，并对电机采取合适的驱动控制，使电枢产生旋转磁场，拉动转子磁极旋转。转子输出轴带动主动轮旋转，主动轮再带动从动轮旋转，同时滚柱旋转，从而通过密封的进、回油腔体积大小的变化，完成吸油、排油过程，实现燃油的输送。转子泵理论输出流量与转速成正比，从而通过控制电机转速便可以实现对输出流量的控制。

从以上工作过程可以看出：

1、电机转子组件采用滑动轴承设计，从进油口流入的油液一路由进油口壳体的过孔流入到转动轴与垫片的间隙，形成油膜起到润滑作用。通过腔内油膜润滑，取消了轴承。该设计可以提高产品的可靠性，减小体积和重量。

2、驱动控制器中功率器件的热量通过针状散热器散发出去。

3、独特的油路设计大大提高电机本体散热能力。油路介绍如下。

a.油液由进油口壳体上的进油通道流入套筒和电机转子组件之间的间隙中，然后进入泵后端壳体；

b.油液从泵后端壳体的油孔流入到泵头滚柱与从动轮、中心传动轮的间隙；

c.转动轴旋转带动从动轮、滚柱旋转，将油液从出油口壳体排出；最后经出油嘴组件排出。

燃油会通过电机转子组件部分，因此可以起到燃油散热的作用。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于摆线转子泵的永磁同步电动计量泵，其特征在于，包括：驱动控制器、进油口接头(300)、泵本体组件(400)和出油口接头(500)；泵本体组件(400)包括进油口壳体(1)、垫片(2)、霍尔板(3)、电机壳体(4)、电机定子绕组(5)、套管(6)、电机转子组件、泵后端壳体(11)、泵头组件(12)、出油口壳体(13)和泄压阀(14)；

电机壳体(4)两端开口分别连接进油口壳体(1)和泵后端壳体(11)，形成电机安装腔；套管(6)置于电机安装腔中，将电机安装腔分为内外相互密封隔离的两部分；电机转子组件同轴安装于套管(6)内部，电机转子组件与套管(6)内壁具有间隙(10)，形成燃油通路；电机定子绕组(5)和霍尔板(3)固定安装在套管(6)与电机壳体(4)之间，所述霍尔板(3)位于电机定子绕组(5)靠近进油口壳体(1)的一侧；霍尔板(3)上设有霍尔元器件；

出油口壳体(13)、泵头组件(12)和泵后端壳体(11)按顺序依次固连在一起；所述泵头组件(12)采用行星摆线转子泵，其中心传动轮通过键连接方式与电机转子组件中转动轴(9)同轴连接；泵后端壳体(11)中设有连通行星摆线转子泵的吸油窗口与套管(6)内部空间的燃油进泵通道；

出油口壳体(13)中设有出油通道，在出油通道中安装泄压阀(14)，出油通道一端连通行星摆线转子泵的压油窗口，另一端安装出油口接头(500)；

进油口接头(300)安装在进油口壳体(1)外表面，且通过进油口壳体上的进油通道与套管(6)内部空间连通；进油口壳体(1)外端面连接驱动控制器，电机定子绕组(5)和霍尔板(3)的信号线均通过进油口壳体(1)上的过孔与驱动控制器相连。

2.如权利要求1所述的电动计量泵，其特征在于，所述行星摆线转子泵采用行星滚柱摆线转子泵，由偏心盘(121)、从动轮(122)、中心传动轮(123)和滚柱(124)组成；偏心盘(121)为静止件，其内表面是偏心设计的圆柱面，圆柱面内可转动的安装从动轮(122)；从动轮(122)偏心地安装在由滚柱(124)和中心传动轮(123)组成的部件上；中心传动轮(123)上开有凹槽，滚柱(124)装在凹槽内并可在其中滚动；滚柱(124)可在从动轮内表面上滚动。

3.如权利要求1所述的电动计量泵，其特征在于，所述转动轴(9)的端面与进油口壳体(1)之间设有垫片(2)。

4.如权利要求1所述的电动计量泵，其特征在于，所述霍尔板(3)为环形，与套管(6)同轴安装。

5.如权利要求1所述的电动计量泵，其特征在于，所述驱动控制器中包括相互连接的驱动控制板(200)和针状散热器(100)。